JPH01224278A - セラミックスと金属との接合方法 - Google Patents

セラミックスと金属との接合方法

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JPH01224278A
JPH01224278A JP4741788A JP4741788A JPH01224278A JP H01224278 A JPH01224278 A JP H01224278A JP 4741788 A JP4741788 A JP 4741788A JP 4741788 A JP4741788 A JP 4741788A JP H01224278 A JPH01224278 A JP H01224278A
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ceramics
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bonded
nitride
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JP4741788A
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Masako Nakabashi
中橋 昌子
Makoto Shirokane
白兼 誠
Hiromitsu Takeuchi
竹内 博光
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はセラミックスと金属との接合方法に係シ特に高
温強さに優れたセラミックスと金属との接合方法に関す
る。
(従来の技術) セラミックスは、一般に耐熱性が良好で高温強度の高い
材料である。特に近年、ファインセラミックスと称され
る優れた特性を有するセラミックスが開発され、脚光を
浴びている。中でも、8i3N4゜んボ、サイアロンと
いった窒化物セラミックスはよシ優れた緒特性を有する
ことから大きく注目されている。
ところで、セラミックスはすぐれた特性を有する反面、
延性に乏しく、割れ易い、すなわち脆性である欠点を有
している。この欠点を補い、より広汎な用途で利用する
ために、靭性に富む金属との複合化は、有効な手段であ
シ、その1つの手法として、接合技術が必要とされる。
しかしながら、セラミックスと金属とは、基本的に化学
結合様式が異々つており、したがって物理的、化学的特
性も大きく異なっているため、両者を良好に接合するこ
とはかなシ困難である。
しかるに近年、Ti、Zr  などの活性金属を含むC
u系低融点ろう材を用いた活性金属法が、窒化物セラミ
ックスなどのファインセラミックスの接合に有効である
ことが見い出され注目されている。
ところで、これらの活性金属法で有効なCu系ろう材の
主成分は、Cu、Cu+Agなどの低融点、低強度材料
であるため、高温での使用には不利である。しかしなが
ら、高温強度に優れるNi、Fe等の遷移金属を主成分
とするろう材で活性金属を含むろう材を用いても窒化物
セラミックスと金属の接合は良好になされない問題があ
った。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、高温使用に耐える窒化物セラミックスと金属の接合方
法を提供するものである。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段及び作用)本発明は活性金
属を含むCu系ろう材を窒化物セラミックスの接合面に
配設し、加熱によシ窒化物セラミックスとCu系ろう材
との反応層を形成する工程と、前記Cu系ろう材のうち
窒化物セラミックスとの未反応成分を除去する工程と、
前記窒化物セラミックスの接合面に設けられた反応層表
面に遷移金属を主成分とする第2のろう材を介して金属
部材を接合するセラミックスと金属との接合方法である
つまり本発明によれば、あらかじめ活性金属を含むCu
系低融点ろう材を用いて、窒化物セラミックス接合面に
、該セラミックスと密着性の良い反応層を形成すること
により、遷移金属を主成分とする第2のろう材と結合し
易い状態にしておく。
ここで低融点のCu系ろう材が残留していると、高温状
態になったときそれらのろう材が溶融あるいは軟化して
強度を低下させるため、反応に関与しなかったCu系の
ろう材は薬品等で除去する。そして、耐熱性に富む反応
層のみを残し、この反応層を介して遷移金属系ろう材を
用いて金属部材と接合することによシ、直接接合するこ
とが困難でめった高融点の遷移金属系ろう材との接合が
可能となり、耐熱性に富むセラミックスと金属の接合を
行なうことができる。
なお本発明に用いるCu系ろう材に含まれる活性金属は
窒化物セラミックスと反応層を形成する為に不可欠であ
り、■A族、VA族の金属元素を用いることができるが
実用上は活性で反応性に優れたTi、Zrを用いること
が好ましい。これらの含有量はCu系ろう材中に重量比
で0.5〜50チ含ませるるるいは、0.1〜100μ
mの薄層として介在させることが好ましい。またCu系
ろう材は、低融点であると同時に窒化物セラミックスと
の反応層形成を促進するために重量比で10%以上のC
uを含む事が好ましく、他にAg 、 In 、 Sn
  等を1〜80チ程度含むCu−Ag系、Cu−Ag
−In系、Cu−8n系等を用いることができる。
Cu系ろう材と窒化物セラミックスとの反応層は、Ti
N等の活性金属の窒化物、ろう材成分の金属間化合物等
を含み、高強度、高融点化されたものであれば特に限定
されるものではなく、例えばT1Cu3゜Ti3Cuな
どの活性金属とCuの金属間化合物が挙げられるが、T
iNのような窒化物のみが反応層として含まれても差し
支えない。次にCu系ろう材と窒化物セラミックスと未
反応成分の除去は、酸、アルカリ等の溶液による溶解、
エツチング等の手法を用いることが実用上好ましい。
さらに前述の未反応成分を除去した後の反応層と金属部
材との接合は、高温強度に優れる高融点の例えばBを1
.0〜5.Owt%、Siを5wt%以下、Pを2Qw
t%以下含むようなNi基、Fe基、Co基等の遷移金
属を主成分としたろう材を用いる。
(発;;実施例) 実施例1 窒化物セラミックスとしてんへ(直径15fi。
厚さ5 m )を用意し、接合面にTi含有Cuろう材
(溶融時の組成重量%で28%Ti−721Cu、厚さ
約10μm)を用いてaxlQ Torrの真空中で9
80℃、6分加熱して窒化TiおよびTi−Cu化合物
からなる反、底層を形成した。両者と尤への密着性は良
好であった。次いでHNO3を用いて反応層形成に関与
しなかったCuろう材層を除去した。その後金属部材と
してのMo板(直径15■、厚さ5 m )と、第2の
ろう材としてのNiろう材(Ni−4%B、厚さ40μ
m)を用いて1100℃で5分3X10  Torrの
真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にてせん
断試験したところ、10 kgf/i+j以上の高い接
合強さを示した。
実施例2 窒化物セラミックスとして、Si3N、(直径13鴫、
厚さ5咽)を用意した。接合面に、Ti含有Ag−Cu
  ろう材(溶融時組成71 % Ag−27% Cu
−2%Ti 、厚さ約10μm)を用いて、3 X 1
0−Torr  の真空中で880℃、6分加熱して、
窒化T1およびAg−Ti−Cu化合物からなる反応層
を形成した。両者とSi、N、の密着性は良好であった
次いでHNO3を用いて反応層形成に関与しなかったC
u−Agろう材を除去した。その後金属部材としてのW
板(直径16■、厚さ5 m )と第2のろう材としテ
ノNIろう材(Ni−15Cu−4B 、厚さ40μm
)を用いて1100℃で5分、3 x 10 ’ror
rの真空中で加熱した。得られた接合材を600℃にて
せん断試験したところ、10A1+f/M−以上の高い
接合強さを示した。
比較例 実施例1,2のセラミックスと金属部材の組み合わせを
用いて、Nl系ろう材にTiを含有させた活性金属ろう
材を用いて1100℃、3分、5X10’Torrの真
空中で加熱して接合を試みた。その結果、いずれも接合
強さは1に9f/−以下で非常に弱い接合強さしか得ら
れなかった。
〔発明の効果〕
以上詳細した如く、本発明によれば高温で優れた接合強
さを有する窒化物セラミックスと金属との接合方法を提
供できる。
代理人 弁理士  則 近 憲 佑 同       松  山  光 之

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 活性金属を含むCu系ろう材を窒化物セラミックスの接
    合面に配設し、加熱により窒化物セラミックスとCu系
    ろう材との反応層を形成する工程と、前記Cu系ろう材
    のうち窒化物セラミックスとの未反応成分を除去する工
    程と、 前記窒化物セラミックスの接合面に設けられた反応層表
    面に遷移金属を主成分とする第2のろう材を介して金属
    部材を接合した事を特徴とするセラミックスと金属との
    接合方法。
JP4741788A 1988-03-02 1988-03-02 セラミックスと金属との接合方法 Pending JPH01224278A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09181423A (ja) * 1990-04-16 1997-07-11 Denki Kagaku Kogyo Kk セラミックス回路基板
JP2009177084A (ja) * 2008-01-28 2009-08-06 Mutsuki Denki Kk 電子デバイス及びその製造方法
CN107032817A (zh) * 2017-05-27 2017-08-11 烟台柳鑫新材料科技有限公司 一种新型陶瓷基覆铜板及其制备方法

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